HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNGTHÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài : Nghiên cứu kĩ thuật quản lý hàng đợi Đề tài : Nghiên cứu kĩ thuật quản lý hàng đợi trong mạng IPtrong mạng IP

Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Văn ĐátGiáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Văn Đát Sinh viên thực hiện : Đỗ Thị Thanh HuyềnSinh viên thực hiện : Đỗ Thị Thanh Huyền Lớp : D2001VTLớp : D2001VT

Nội dung đề tàiNội dung đề tài

Chất lượng dịch vụ(QoS) trong mạng Chất lượng dịch vụ(QoS) trong mạng gói và các kiểu mạng hỗ trợ QoSgói và các kiểu mạng hỗ trợ QoS

Kiến trúc CQS trong routerKiến trúc CQS trong router Hàng đợi và các phương pháp quản Hàng đợi và các phương pháp quản

lý hàng đợi trong việc điều khiển tắc lý hàng đợi trong việc điều khiển tắc nghẽn, nâng cao QoSnghẽn, nâng cao QoS

Khái niệm QoSKhái niệm QoS

Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS : “kết Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS : “kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của khách hàng sử dụng ở mức độ hài lòng của khách hàng sử dụng dịch vụ đó”. dịch vụ đó”.

QoS cho phép khách hàng được sử dụng dịch QoS cho phép khách hàng được sử dụng dịch vụ có chất lượng tốt hơn. vụ có chất lượng tốt hơn.

NP(network performance) : là năng lực của NP(network performance) : là năng lực của mạng(hoặc một phần của mạng) cung cấp các mạng(hoặc một phần của mạng) cung cấp các chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa những người sử dụngnhững người sử dụng

A

NP

QoS

NET

NETNET NET CEQCEQ

NP NP

B

Hình 1.1: Mô hình tổng quan QoS

Net 1 xử lý gói tin tuỳ theo cấu

trúc mạng. Mạng 1 có NP1

Net n xử lý gói tin tuỳ theo cấu

trúc mạng. Mạng thứ n có NPn

Đo đạc QoS đầu cuối

Kiến trúc cơ bản của QoSKiến trúc cơ bản của QoS

Client node

3. Policy,management,accounting

2. QoS signaling

Connected Network

Connected Network

User

Host node

1.QoS tại một node (hàng đợi,định dạng)

Queue, shaping

management

QoS signaling

client

host

5 tham số cơ bản của QoS5 tham số cơ bản của QoS

Latency (độ trễ) Latency (độ trễ) Loss (độ mất gói) Loss (độ mất gói) Jitter Jitter Throughput (Thông lượng)Throughput (Thông lượng) Availabily (Độ khả dụng)Availabily (Độ khả dụng)

Dịch vụ phân biệt (DiffServ)Dịch vụ phân biệt (DiffServ)

Diffserv domain C

Diffserv domain A

TCBProcess

WRED,policer,shaperclassification,marking

PHB

Diffserv domain B

DS-ingress/egress NodeDS boundary Node

Drop

Ưu điểm :•Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng•Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên

Nhược điểm :+Không có khả năng cung cấp băng thông và độ trễ đảm bảo+Yêu cầu bộ classìier chất lượng cao tại biên

Dịch vụ tích hợp (Interserv) Dịch vụ tích hợp (Interserv) Ưu điểm : Tối ưu hoá hiệu suất sử dụng tài nguyên Cung cấp dịch vụ tốt nhấtNhược điểm :Tăng gánh nặng xử lý cho RouterTăng kích cỡ mạng

Ứng dụng setup

Phân loại Lập lịch

setup Routing P/database

Phân loại Lập lịch

Điều khiển chấp nhận

Các bản tin setup đặt trước

Dat

a

IP data

Đánh giá về DS và ISĐánh giá về DS và IS IntServ :IntServ : Đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối Đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối Các router phải duy trì trạng thái cho mỗi luồng Các router phải duy trì trạng thái cho mỗi luồng

thông tinthông tin Tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng Tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng Sử dụng cho mạng truy nhậpSử dụng cho mạng truy nhập Diffserv :Diffserv : Đảm bảo QoS từng chặngĐảm bảo QoS từng chặng Gánh nặng xử lý router nhẹ hơn, đơn giản Gánh nặng xử lý router nhẹ hơn, đơn giản Sử dụng trong mạng lõiSử dụng trong mạng lõi

Cấu trúc RouterCấu trúc Router

Router là thiết bị hoạt động tại lớp 3 (mô Router là thiết bị hoạt động tại lớp 3 (mô hình OSI) có chức năng định tuyến và hình OSI) có chức năng định tuyến và chuyển mạch gói tin tới giao diện đầu ra.chuyển mạch gói tin tới giao diện đầu ra.

Cấu trúc gồm 3 phần: Cấu trúc gồm 3 phần:

+Giao diện vào/ra+Giao diện vào/ra

+Bộ chuyển gói+Bộ chuyển gói

+Bộ quản lý +Bộ quản lý

Cấu trúc bộ xử lý gói trong RouterCấu trúc bộ xử lý gói trong Router

Forwarding table

PolicingMarking

QueueSche

Swfabric

Classification

FIB

FIB

FIB

IP header IP payload

Input

Output

Kiến trúc CQS trong routerKiến trúc CQS trong router

Gồm 3 tầng :Gồm 3 tầng : Tầng phân loại (Classification)Tầng phân loại (Classification) Hàng đợi (Queue)Hàng đợi (Queue) Tầng lập lịch (Schedular)Tầng lập lịch (Schedular)

Kiến trúc CQSKiến trúc CQS

Queue1

Queue3

Queue2

Phân loại gói tin dựa trên trường TOS, DS, TC trong header

Xử lý gói tin dựa vào các kĩ thuật quản lý Queue

Quyết định đưa gói ra từ hàng đợi nào

Các loại hàng đợi trong RouterCác loại hàng đợi trong Router

1.Hàng đợi đơn giản1.Hàng đợi đơn giản

Server

Thời gian xếp hàng

Thời gian đợiThời gian xử lý

Đợi gói trước được

xử lý

Xử lý gói đưa ra giao diện

đầu ra

Các loại hàng đợi trong Router(tiếp)Các loại hàng đợi trong Router(tiếp)

2. Hàng đợi ưu tiên (PQ)2. Hàng đợi ưu tiên (PQ)

high

Medium

Normal

low

Classf

Phân loại gói theo độ ưu tiên

Lập lịch theo độ ưu tiên của gói

Các loại hàng đợi trong Router Các loại hàng đợi trong Router

3. Hàng đợi cân bằng FQ3. Hàng đợi cân bằng FQ

Queue 1

Queue 2

Queue 3

Lựa chọn gói ở hàng đợi tiếp theo

Kĩ thuật quản lý hàng đợi : DroptailKĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail

Chiều dài hàng đợiMax

P

100%

0 nếu q<maxP(q)= 1 nếu q>max

Loại bỏ hoàn toàn các gói đến

Kĩ thuật quản lý hàng đợi : DroptailKĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail

1. Ưu điểm :1. Ưu điểm : Đơn giản, dễ quản lýĐơn giản, dễ quản lý Phù hợp với loại lưu lượng không yêu cầu độ Phù hợp với loại lưu lượng không yêu cầu độ

ưu tiênưu tiên2. Nhược điểm :2. Nhược điểm : Dễ gây ra loại bỏ đa gói trong một luồngDễ gây ra loại bỏ đa gói trong một luồng Gây ra hiện tượng độc quyền của một kết nốiGây ra hiện tượng độc quyền của một kết nối Không sử dụng với lưu lượng có độ ưu tiên Không sử dụng với lưu lượng có độ ưu tiên

ThuThuật toán RED (Random Early ật toán RED (Random Early Detection)Detection)

Phát hiện tắc nghẽn trước khi xảy raPhát hiện tắc nghẽn trước khi xảy ra Tránh đồng bộ trên toàn thể luồng TCPTránh đồng bộ trên toàn thể luồng TCP Tránh tắc nghẽn bằng cách điều khiển kích Tránh tắc nghẽn bằng cách điều khiển kích

thước hàng đợi trung bìnhthước hàng đợi trung bình Kích thước hàng đợi trung bình(avg)Kích thước hàng đợi trung bình(avg)

avgavgii = avg = avg(i-1) (i-1) + w(q-avg)+ w(q-avg) (1)(1) Xác suất loại bỏ gói (PXác suất loại bỏ gói (Pbb))

PPb b = max= maxpp(avg-min(avg-minthth)/(max)/(maxthth-min-minthth) (2)) (2)

Thuật toán : RED(Random Early Thuật toán : RED(Random Early Detection)Detection)

Pb

avg

1

maxp

minthmaxth

Không loại bỏ gói

Loại bỏ các gói bị đánh dấu

Loại bỏ hoàn toàn các gói đến

Thuật toán RED(Random Early Thuật toán RED(Random Early Detection)Detection)

Các tham số của RED :Các tham số của RED : Xác suất loại bỏ gói (PXác suất loại bỏ gói (Pbb)) Kích thước hàng đợi trung bình (avg)Kích thước hàng đợi trung bình (avg) Trọng số của hàng đợi (w)Trọng số của hàng đợi (w) Giá trị ngưỡng minGiá trị ngưỡng minthth, max, maxthth

Xác suất loại bỏ gói lớn nhất maxXác suất loại bỏ gói lớn nhất maxpp

Thuật toán RIO(RED In/Output) Thuật toán RIO(RED In/Output)

1. Cấu trúc Router đầu vào1. Cấu trúc Router đầu vào

TC

TC

Ratecontroller

QoS controller handerT

raffic C

lassifier

To core Router

QoS control packetFrom egress Router

Traffic from end host

Thuật toán RIO (tiếp)Thuật toán RIO (tiếp)

2. Cấu trúc Router đầu ra2. Cấu trúc Router đầu ra

Traffic

classifier

TC

TC

QoS controller hander

Traffic from Core Router

QoS control packet To ingress router

Thuật toán RIO (tiếp)Thuật toán RIO (tiếp)

maxth

Pb

1

maxp

minthavg

maxp

1

maxthminthavg

Pb

In packet Out packet

Thuật toán RIO(tiếp)Thuật toán RIO(tiếp)

RIO hoạt động theo 3 pha :RIO hoạt động theo 3 pha : Pha 1: khoảng hoạt động bình thường [0,minPha 1: khoảng hoạt động bình thường [0,min inin) ) Pha 2 : tránh tắc nghẽn [minPha 2 : tránh tắc nghẽn [min inin,max,maxinin)) Pha 3 : điều khiển tắc nghẽn [maxPha 3 : điều khiển tắc nghẽn [max inin, ∞) , ∞) RIO loại bỏ gói Out đầu tiên khi có dấu hiệu RIO loại bỏ gói Out đầu tiên khi có dấu hiệu

tắc nghẽntắc nghẽn Loại bỏ toàn bộ gói Out khi tắc nghẽn xảy raLoại bỏ toàn bộ gói Out khi tắc nghẽn xảy ra Kích thước hàng đợi bé độ thông qua cao Kích thước hàng đợi bé độ thông qua cao

Kết luậnKết luận Đồ án đã tìm hiểu tổng quan về QoS và các kiến trúc Đồ án đã tìm hiểu tổng quan về QoS và các kiến trúc

mạng hỗ trợ QoSmạng hỗ trợ QoS Cấu trúc Router và cấu trúc CQS trong RouterCấu trúc Router và cấu trúc CQS trong Router Tổng quan về các loại hàng đợi và kĩ thuật quản lý Tổng quan về các loại hàng đợi và kĩ thuật quản lý

hàng đợi trong điều khiển tắc nghẽnhàng đợi trong điều khiển tắc nghẽn Hướng phát triển : đi sâu tìm hiểu về hoạt động của kĩ Hướng phát triển : đi sâu tìm hiểu về hoạt động của kĩ

thuật quản lý hàng đợi trên toàn mạng, có thể bỗ sung thuật quản lý hàng đợi trên toàn mạng, có thể bỗ sung thêm phần mềm mô phỏng để so sánh ưu nhược điểm thêm phần mềm mô phỏng để so sánh ưu nhược điểm của các thuật toán trên của các thuật toán trên

Các kĩ thuật quản lý hàng đợi này đã được áp dụng Các kĩ thuật quản lý hàng đợi này đã được áp dụng nhiều trong mạng để điều khiển tắc nghẽnnhiều trong mạng để điều khiển tắc nghẽn

Em xin chân Em xin chân thành cảm ơn!thành cảm ơn!